[发明专利]一种单组分碳氢燃料热物性计算修正方法

说明书

本发明公开了一种单组分碳氢燃料热物性计算修正方法，选择待分析的单组分碳氢燃料，输入工况参数；计算待分析单组分碳氢燃料分子体系的势能、各方向的热流量及应力的波动数据；以及计算输入工况参数下单组分碳氢燃料的热物理性质；热物理性质包括热力学性质、能量性质和输运性质；分别基于稳定性、核密度估计修正单组分碳氢燃料在输入工况下的热物性，得到热物性数据集合；将基于稳定性修正单组分碳氢燃料在输入工况下的各热物性数据集合分别与基于核密度估计修正单组分碳氢燃料在输入工况下的各热物性数据集合求交集，将交集中数据的平均值作为修正后的热物性值。

技术领域

本发明涉及动力工程及工程热物理、微纳尺度计算等技术领域，尤其是一种单组分碳氢燃料热物性计算修正方法。

背景技术

“双碳”背景下碳氢燃料的应用已拓展至高温高压工况，其喷射过程中常伴随有空化、闪急沸腾等气液相变现象，导致热物理性质的全面获取更为复杂。

当前碳氢燃料的热物性参数获取大多基于常温常压的有限工况，缺乏对高温高压环境下的热物性获取方法。已有热物性数据库如美国国家标准与技术研究院(NIST)通过插值拟合等手段预测高温高压下碳氢燃料的热物性参数，精度有限且无法知悉热力学性质、能量性质及输运性质等热物性参数的全面计算方法。

传统分子动力学可从微观层面提供详细的原子级信息，然而由于原子尺度的模拟未曾考虑电子甚至更微观的结构作用，且力场势能参数存在着不准确性，导致计算结果与真实值存在一定的偏差。因此，采用传统分子动力学计算热物性时，部分数据点与预设工况偏离幅度较大，再取平均后的计算结果准确度较差，尤其在高温高压工况下，数据波动更为剧烈，进而导致计算误差更大，精度更差。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本申请提出了一种单组分碳氢燃料热物性计算修正方法，可对分子动力学初步计算结果进行修正和改进，提高计算结果的准确性和可靠性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种单组分碳氢燃料热物性计算修正方法，

选择待分析的单组分碳氢燃料，输入该待分析单组分碳氢燃料的工况参数；计算待分析单组分碳氢燃料分子体系的势能、各方向的热流量及应力的波动数据；以及计算输入工况参数下单组分碳氢燃料的热物理性质；所述热物理性质包括热力学性质、能量性质和输运性质；其中，热力学性质是指密度，能量性质是指内能、焓值和熵，输运性质是指黏度、导热系数；

分别基于稳定性、核密度估计修正单组分碳氢燃料在输入工况下的热物性，得到热物性数据集合；将基于稳定性修正单组分碳氢燃料在输入工况下的各热物性数据集合分别与基于核密度估计修正单组分碳氢燃料在输入工况下的各热物性数据集合求交集，将交集中数据的平均值作为修正后的热物性值。

进一步，基于势能波动数据，根据碳氢燃料分子体系中势能波动情况判断热力学性质、能量性质对应的稳定求解时刻；获得稳定求解时刻之后该输入工况下所有的热力学性质、能量性质对应的数据集；形成稳定求解时刻之后该输入工况下所有密度、内能、焓和熵分别对应的数据集。

进一步，基于各方向的热流量及应力的波动数据，根据碳氢燃料分子体系中各方向热流量及应力波动情况判断输运性质对应的稳定求解时刻；其中，热流量波动对应导热系数，应力波动对应的黏度；形成稳定求解时刻之后该输入工况下所有导热系数、黏度分别对应的数据集。

进一步，确定稳定求解时刻：

当势能、热流量及应力数据波动幅度逐渐变小，且在一定范围内小幅度波动，则将势能、热流量及应力数据在一定范围内规律性波动的起始时刻认定为稳定求解时刻。

进一步，采用2D核密度法绘制碳氢燃料温度与压力的边际核密度概率分布图，将工况点密集的区域对应的温度、压力范围，作为单组分碳氢燃料热物性的工况波动范围；获取该工况波动范围内热力学性质、能量性质和输运性质分别对应的数据集，分别得到密度、内能、焓、熵、黏度和导热系数对应的数据集。